基于高阶光栅的高功率单纵模半导体激光器研究

发布时间：2017-09-02 07:33

  本文关键词：基于高阶光栅的高功率单纵模半导体激光器研究

  更多相关文章： 半导体激光器 高阶光栅 单纵模激光器 空间相干性

【摘要】：高阶光栅单纵模半导体激光器是一种新型的单纵模半导体激光器,它是一种通过在普通法布里-珀罗腔激光器的光波导上引入周期性折射率微扰对激光器的纵向模式进行选择,实现稳定单纵模工作的激光器。这种激光器可有效的解决传统边发射激光器所面临的多纵模激光输出等问题。另外,由于高阶表面光栅的制备工艺简单、性能稳定,使其适用于与其它光电子器件进行单片集成,这种新型激光器件具有广阔的应用前景。本文主要针对高阶光栅单纵模半导体激光器进行了光栅结构设计、器件制备及测试分析,具体的研究内容和结果如下:(1)采用传输矩阵理论和散射理论的方法对高阶光栅单纵模半导体激光器光波导结构的光学特性进行了分析,获得了高阶光栅耦合光波导的设计和计算方法。(2)采用非对称大光腔波导激光器结构,制备的2 mm腔长、100μm条宽高阶光栅分布布拉格反射型(DBR)激光器单管,实现了连续输出功率213 m W、光谱线宽40 pm、边模抑制比达到42 d B的单纵模激射。(3)设计并制备了一种双波长高阶光栅分布布拉格反射型(DBR)激光器,其腔长为2 mm、条宽为100μm,在注入电流为1.2 A条件下,实现了单边连续输出功率88 m W双波长激射,双波长的3 d B线宽都为40 pm,边模抑制比分别为35 d B和39 d B,波长间隔不小于0.58 nm。并采用拉曼光谱测试技术对高阶光栅耦合半导体激光器的可靠性进行了分析。(4)采用非对称大光腔波导激光器结构,制备的2 mm腔长、100μm条宽高阶光栅分布反馈型(DFB)激光器单管,实现了单边连续输出功率144 m W、光谱线宽40 pm、边模抑制比达到29 d B的单纵模激射。(5)根据部分相干光理论,首次提出一种测试高功率单纵模半导体激光器空间相干度的方法,利用该方法对高功率单纵模半导体激光器的空间相干度进行测试,发现该方法测试出的空间相干度比传统方法误差最高小27倍。又设计并制备一种高功率三角形VCSEL列阵,对其空间相干特性进行了定量的研究。
【关键词】：半导体激光器 高阶光栅 单纵模激光器 空间相干性
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 半导体激光器的研究进展12-21
• 1.1.1 高功率半导体激光器12-15
• 1.1.2 高效率半导体激光器15
• 1.1.3 高可靠性半导体激光器15-16
• 1.1.4 高光束质量半导体激光器16-18
• 1.1.5 窄线宽半导体激光器18-21
• 1.2 单纵模半导体激光器的研究进展21-23
• 1.2.1 国外单纵模半导体激光器的研究进展22-23
• 1.2.2 国内单纵模半导体激光器的研究进展23
• 1.3 本文的研究目的与内容23-26
• 第2章 高阶光栅单纵模半导体激光器理论设计与分析26-46
• 2.1 半导体激光器的基本特性26-29
• 2.1.1 半导体的辐射跃迁26-27
• 2.1.2 半导体激光器的增益与阈值条件27-29
• 2.2 半导体激光器的输出功率与转换效率29-31
• 2.2.1 半导体激光器的输出功率29-30
• 2.2.2 半导体激光器的转化效率30-31
• 2.3 半导体激光器的纵模与光谱特性31-32
• 2.4 高阶布拉格光栅波导的理论模型32-38
• 2.4.1 分布反馈(DFB)激光器和分布布拉格反射(DBR)激光器32-33
• 2.4.2 散射理论33-36
• 2.4.3 传输矩阵理论模型36-38
• 2.5 高阶布拉格光栅波导的光学特性分析38-42
• 2.5.1 传输矩阵分析38-40
• 2.5.2 高阶布拉格光栅的损耗光谱40-42
• 2.6 单纵模激光器的空间相干性分析42-45
• 2.6.1 部分相干光定理42-43
• 2.6.2 相干度理论计算方法43-45
• 2.7 本章小结45-46
• 第3章 高阶光栅单纵模半导体激光器制备46-68
• 3.1 外延生长技术46-47
• 3.2 光刻技术47-52
• 3.3 刻蚀技术52-61
• 3.3.1 干法刻蚀52-55
• 3.3.2 SiO2和GaAs刻蚀工艺探索55-59
• 3.3.3 湿法腐蚀59-61
• 3.4 薄膜生长技术61-65
• 3.4.1 电绝缘膜生长技术62
• 3.4.2 金属电极生长技术62-64
• 3.4.3 光学薄膜生长技术64-65
• 3.5 高阶光栅半导体激光器的制备65-66
• 3.6 本章小结66-68
• 第4章 高阶光栅分布布拉格反射半导体激光器68-94
• 4.1 高阶光栅单纵模分布布拉格反射半导体激光器68-81
• 4.1.1 器件结构设计68-76
• 4.1.2 器件制备76-77
• 4.1.3 器件测量结果77-81
• 4.2 双波长高阶光栅分布布拉格发射激光器81-86
• 4.2.1 器件设计81-83
• 4.2.2 器件制备83-84
• 4.2.3 器件测量结果84-86
• 4.3 高阶光栅耦合半导体激光器可靠性分析86-92
• 4.3.1 拉曼光谱分析技术原理87-88
• 4.3.2 测试结果与分析88-92
• 4.4 本章小结92-94
• 第5章 高阶光栅单纵模分布反馈半导体激光器94-100
• 5.1 器件制备94-96
• 5.2 器件测量结果96-99
• 5.3 本章小结99-100
• 第6章 单纵模半导体激光器件空间相干特性的研究100-116
• 6.1 VCSEL单管器件空间相干性研究100-107
• 6.1.1 部分相干光理论101-103
• 6.1.2 测试结果103-107
• 6.2 VCSEL列阵器件的空间相干特性研究107-114
• 6.2.1 器件设计107-110
• 6.2.2 器件制备110
• 6.2.3 测试结果110-114
• 6.3 本章小结114-116
• 第7章 总结与展望116-118
• 参考文献118-132
• 在学期间学术成果情况132-134
• 指导教师及作者简介134-136
• 致谢

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